太陽光発電の研究

高橋研究室では、ナノメートルオーダの分解能を有する走査プ ローブ顕微鏡（SPM）技術を駆使し、ナノ領域での新しい物性を 評価する技術を確立すること、および実際に得られたナノ構造の 特性を通じて新しい極微細デバイス開発への道を探ること、を目 指している。その一環として、SPMの一種であるケルビンプロー ブフォース顕微鏡（KFM; Kelvin probe force microscopy）を応用 した光起電力測定系を構築し、太陽電池材料の特性評価に適 用している。

図1：多結晶シリコン太陽電池表面の光学顕微鏡写真。複数の結晶粒やそれら の粒界が存在していることがわかる。右側の黒い影のように見えるものがKFM用 のカンチレバープローブである。なお、結晶面方位などは、電子線後方散乱回折 法により同定された。

製造コストの低い多結晶シリコン太陽電池は広く利用されてい るが、変換効率は単結晶シリコン太陽電池には及ばない。本研 究室では、KFMによる光起電力測定系を利用して、光起電力の 空間分布を微視的に計測するとともに、光起電力の光照射条件 依存性の測定を通じて拡散長や寿命などといった少数キャリアの ダイナミクスを明らかにするといったテーマに取り組んでいる。これ らにより、多結晶材料系における結晶粒界が太陽電池特性に与 える影響や、結晶粒ごとの特性のばらつきなどを詳細に検討する ことを目指している。

図2：3結晶粒界付近で計測された少数キャリアの再結合寿命。結晶粒界にお いて寿命が短くなっていることがわかり、これが太陽電池特性の劣化の要因となっ ているものと推測される。